IL METABOLISMO DEI CARBOIDRATI Principali vie di utilizzo del glucosio

IL DESTINO DEL PIRUVATO 1 2 3 2) Certi tessuti e tipi di cellule, la retina, il cervello e gli eritrociti convertono il glucosio in lattato anche in condizioni aerobiche 3) In alcuni tessuti di piante ed in alcuni invertebrati, protisti e microoganismi come il lievito di birra. 4) Il piruvato può avere destini anche anabolici IL DESTINO DEL PIRUVATO 1) Ciclo dell’acido citrico

TESSUTI DOVE LA FERMENTAZIONE LATTICA E’ IL PRINCIPALE MECCANISMO PER OTTENERE ATP: ERITROCITI LEUCOCITI CORNEA, CRISTALLINO ( privi di mitocondri, perché questi assorbirebbero e disperderebbero la luce), PORZIONI DELLA RETINA MIDOLLARE DEI RENI TESTICOLI FIBRE MUSCOLARI BIANCHE FERMENTAZIONE termine generale che indica la degradazione anaerobica del glucosio e di altri nutrienti organici per ottenere energia sotto forma di ATP

LE DUE FASI DELLA GLICOLISI Una molecola di glucosio viene degradata in una serie di reazioni catalizzate da enzimi per produrre due molecole di piruvato

Glicolisi via principale del catabolismo del glucosio La glicolisi avviene in 10 tappe Fase preparatoria di investimento energetico 1-5 Fase di produzione di energia 6-10

UNA VISIONE D’INSIEME DELLA GLICOLISI

Investimento energetico per aumentare l’energia libera degli intermedi della via metabolica. Le catene degli esosi sono convertite in due molecole di triosi: gliceraldeide-3-fosfato e diidrossiacetone fosfato CHINASI trasferimento di gruppi fosforici TRIOSO ISOMERASI

La resa netta della glicolisi sono: TRIOSO ISOMERASI La resa netta della glicolisi sono: 2 molecole di ATP per molecola di glucosio. Altra energia è conservata nella formazione di 2 molecole di NADH MUTASI spostamento di un P all’interno di una stessa molecola DEIDRATASI perdita di una molecola di H2O

FASE PREPARATORIA 1° Fosforilazione del glucosio da parte dell’esochinasi: reazione irreversibile Negli epatociti: glucochinasi che differisce dall’esochinasi per diverse proprietà cinetiche e regolatorie ISOENZIMA

2° Isomerizzazione reversibile 3°

4° 5° G reale= -1.3 kJ/mol Interconversione dei trioso fosfati Aldolasi: catalizza l’inverso di una condensazione aldolica 5° Interconversione dei trioso fosfati G reale= -1.3 kJ/mol

FASE DI RECUPERO 6° Prima reazione dove si ha produzione di un composto ad alta energia

fosforolisi ACIL FOSFATO potente inibitore della gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi, poiché forma un legame covalente con –SH del sito attivo dell’enzima

7° L’arsenato (AsO4) è un DISACCOPPIANTE: può sostituire il fosfato nella reazione formando 1-arsenato-3-fosfoglicerato, che si idrolizza facilmente non permettendo però la formazione di ATP. La 6° e la 7° tappa costituiscono nel loro insieme un processo di accoppiamento energetico. La reazione complessiva è esoergonica. La formazione di ATP mediante il trasferimento di gruppi fosforici da un substrato come 1,3-bisfosfoglicerato viene detta FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO per distinguerla dalla fosforilazione legata alla respirazione.

8° Cofattore necessario in piccole quantità. Presente in tracce nella maggior parte delle cellule, in particolare nei globuli rossi (eritrociti).

9° Sintesi del secondo composto ad alta energia 10° Seconda fosforilazione a livello di substrato

FORMAZIONE DI ATP Glucosio + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2 piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O Glucosio + 2NAD+ 2 piruvato + 2NADH + 2H+ Conversione esoergonica del glucosio in piruvato G1 = - 146 kJ/mole ’o 2ADP + 2Pi 2ATP + 2H2O Formazione endoergonica di ATP G2 = 2 (30,5 kJ/mole) = 61 kJ/mole ’o Gs = - 85 kJ/mole ’o Processo irreversibile portato a completamento da questa grande diminuzione di energia libera Nella glicolisi viene ricavato solo il 5,2% dell’energia totale del glucosio (2840 kJ/mole)

prove cinetiche indicano un incanalamento dell’1,3-bisfosfoglicerato La glicolisi avviene nel citosol cellulare, dove si pensa che gli enzimi possano esistere come complessi multienzimatici Quando gli enzimi glicolitici purificati sono mescolati in vitro tendono ad AGGREGARE prove cinetiche indicano un incanalamento dell’1,3-bisfosfoglicerato Alcuni enzimi formano complessi non covalenti con i componenti strutturali della cellula. La fosfofruttochinasi-1 e l’aldolasi interagiscono con i microfilamenti di actina; l’esochinasi con la superficie esterna della membrana mitocondriale

PROFILO ENERGETICO ED ELETTRONICO DELLA GLICOLISI ANAEROBIA

MEMBRANA CELLULARE permeabile Lo scopo della riduzione del piruvato a lattato è quello di rigenerare NAD+ per la glicolisi. MEMBRANA CELLULARE permeabile piruvato lattato Muscolo : rapporto NADH/NAD+ ALTO Fegato: rapporto NADH/NAD+ BASSO NADH NAD+ + H+ La lattato deidrogenasi è un tetramero costituito da due diverse subunità: M ed H M4, HM3, H2M2, H3M, H4 ISOENZIMI

BILANCIO ENERGETICO COMPLESSIVO Glucosio + 2NAD+ + 2ADP + 2 Pi 2 piruvato +2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O Glucosio + 8ADP + 6H+ + 8Pi + O2 2 piruvato + 8ATP + 10H2O Fermentazione lattica BILANCIO ENERGETICO COMPLESSIVO Glucosio + 2ADP + 2 Pi 2 lattato + 2ATP + 2 H2O Fermentazione alcolica Glucosio + 2ADP + 2 Pi + 2H+ 2 etanolo + 2ATP + 2 H2O + 2 CO2 Glicolisi aerobica Poiché la riossidazione del NADH nel mitocondrio produce 3 moli di ATP 2NADH + 8H++ O2 + 6ADP + 6Pi 2NAD+ + 8 H2O + 6ATP Sommando queste due ultime equazioni si ottiene:

degli esosi nella fase preparatoria della glicolisi Ingresso del glicogeno e dell’amido ottenuti dalla dieta, dei disaccaridi e degli esosi nella fase preparatoria della glicolisi

Conversione del galattosio in glucosio 1-fosfato

Sintesi dei carboidrati da precursori semplici

Confronto fra le reazioni della glicolisi e della gluconeogenesi nel fegato di ratto

Sintesi del fosfoenolpiruvato da piruvato

Ruolo della biotina nella reazione della piruvato carbossilasi

Vie alternative da piruvato a fosfoenolpiruvato

Schema generale della via del pentosio fosfato

Le reazioni ossidative della via del pentosio fosfato

tra la glicolisi e la via del pentosio fosfato Ruolo del NADPH nella regolazione della ripartizione del glucosio 6-fosfato tra la glicolisi e la via del pentosio fosfato